一种温差自供电温振复合检测系统及其实现方法与流程

1.本发明涉及温差自供电温振复合检测领域，特别涉及一种温差自供电温振复合检测系统及其实现方法。


背景技术：

2.传统的传感器都是有线供电、有线传输的。现代，人们为了省去布线的成本和走线的麻烦，发展了无线传输技术，很多传感器已经使用了无线传输技术来传输数据，供电使用电池。
3.但电池的电量和寿命总是有限的，而且电池的电量和体积密切相关，很多体积小的应用场景根本无法使用大容量的电池，从而导致传感器的在使用过程中需要经常更换电池，增加了成本，而且很多传感器安装的地方很不方便人们更换电池，在特殊地方需要对传感器进行更换电池，会增大操作工人的劳动强度和工作过程中的危险性。
4.本

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种温差自供电温振复合检测系统及其实现方法，以解决上述背景技术中提出的但电池的电量和寿命总是有限的，而且电池的电量和体积密切相关，很多体积小的应用场景根本无法使用大容量的电池，从而导致传感器的在使用过程中需要经常更换电池，增加了成本，而且很多传感器安装的地方很不方便人们更换电池，在特殊地方需要对传感器进行更换电池，会增大操作工人的劳动强度和工作过程中的危险性的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种温差自供电温振复合检测系统，包括温差发电装置、温振检测装置和散热装置，所述温差发电装置由磁铁安装底座、温差发电电芯、导热板、导热胶、金属底座组成，所述磁铁安装底座用于整个温差自供电温振复合检测系统的安装固定，磁铁安装底座使用高温磁铁，能在300℃以上正常使用且不影响磁性，保证振动测量精度，所述温差发电电芯是由多个串联的pn结夹在两块平行的陶瓷板之间，采用独特的薄膜技术加工制造而成，利用塞贝克效应原理，当两块平行的陶瓷板放置在不同的温度下时，会产生直流电压，输出电压的大小取决于两块平行的陶瓷板之间温差，所述导热板用于放置温差发电电芯，并与磁铁安装底座紧密连接，让磁铁安装底座上的热量更好的传递到温差发电电芯底部，内嵌温度检测探头，所述温度检测探头内嵌到导热板里面，更接近于被测设备表面，温度测量更加准确，所述导热胶用于填充金属底座内部除了磁铁安装底座、温差发电电芯、导热板部分的空间，包括温度检测探头的温度模拟信号传输导线，让热量更好的传递到散热装置，将多余的热量尽快的散去，让温差发电电芯上下陶瓷板之间的温差尽量增大，所述金属底座作为整个温差自供电温振复合检测系统的底座，里面放置温差发电装置的温差发电电芯、导热板、导热胶。
7.优选的，所述温振检测装置由温度检测模块、振动检测模块、数据处理模块、无线通讯模块、自供电模块、充电电池组成，所述温度检测模块由温度检测探头、温度检测处理电路组成，所述温度检测探头为更高精度的测量被测设备表面的温度，嵌入到在温差发电
装置的导热板里面，所述温度模拟信号通过温度模拟信号传输导线传输到温度检测处理电路，转换成数字信号，传输到数字处理模块，所述振动检测模块由振动检测探头、振动检测处理电路等部分组成，所述振动检测探头与金属外壳接触部位要水平，并且刚性连接，金属外壳与温差发电装置的金属底座刚性连接，温差发电装置内部的磁铁安装底座、温差发电电芯、导热板、导热胶、金属底座之间刚性连接，保证振动检测探头与被测设备表面是刚性连接，所述充电电池的表面固定连接有电池盒，所述电池盒的表面固定连接有散热外壳，所述散热外壳的上侧设置有上盖，所述散热外壳的内壁设置有密封圈，所述金属底座与导热胶之间通过固定螺丝固定连接。
8.优选的，所述振动检测处理电路处理振动检测探头采集到的振动模拟信号，通过抗混叠滤波、模数转换、低通滤波等处理电路，进入数据处理模块，所述数据处理电路对振动检测处理电路处理过的振动数字信号进行时域、频域分析，输出加速度峰值、速度有效值、位移峰峰值、包络值、歪度、峭度、裕度、谱方差、谱均值、谱有效值等特征值和时域谱、频域谱、包络谱、轨迹图等振动分析图谱，数据处理电路对温度检测处理电路处理过的温度算法处理，数字处理电路将处理好的振动和温度信号通过无线通讯模块发送到网络和云平台，所述无线通讯模块接收来自数据处理模块发出的振动和温度的特征值和各种分析波形，上传到网络和云平台，并接受来自网络和云平台的命令，与数据处理模块进行数据交互，所述自供电模块接收来自温差发电装置提供的不稳定的电压和电流，转换成稳定的可以给充电锂电池充电的电压和电流，给充电锂电池供电，所述充电电池采用锂离子充电电池，给温度检测模块、振动检测模块、数据处理模块、无线通讯模块供电，并接收来自自供电模块提供的稳定的电压和电流给自己充电。
9.优选的，所述散热装置采用高导热材料，周围设计成薄片状，增大散热面积。
10.一种温差自供电温振复合检测实现方法，其特征在于：包括分为温差发电装置、能量收集装置和供电装置。
11.优选的，所述温差发电装置主要包括u2温差发电电芯及其附属电路，所述u2温差发电电芯依靠电芯上下两块陶瓷板之间的温差，利用塞贝克效应原理，使陶瓷板之间的pn结产生直流电压。
12.优选的，所述能量收集装置主要包括u1能量收集模块及其附属电路，由于温差发电电芯上下陶瓷板温差不稳定的原因，温差发电装置产生的直流电压和电流也不稳定，能量收集装置将不稳定的直流电压和电流收集，并根据需要输出稳定的直流电压和电流c1用于稳定温差发电装置产生的直流电压，c1要尽量靠近u1能量收集模块的vin管脚，连接线要尽量宽且短，r3用以设置最佳输入电压工作点，u1能量收集模块中的mppc电路动态调节平均电感电流，以防止输入电压低于mppc阈值，当vin的电压大于mppc的电压时，电感电流增加，知道vin的电压被拉至mppc的电压设定值，当vin的电压小于mppc的电压时，电感电流减小，知道vin的电压上升到mppc的电压设定值vmppc，vmppc＝10ua*r3，u1能量收集模块中的aux电路为启动电路产生的电压电路。
13.优选的，所述u1能量收集模块内部电路供电，直到主输出电路vout达到设定的输出电压值，电容c2放置在aux电路与gnd电路之间，用以稳定aux电路的电压，u1能量收集模块中的shdn电路用以控制整个能量收集模块的开启与关闭u1能量收集模块中的ldo和fbldo电路提供了一个小功率的稳定电压输出，在vout电路给bt1充电锂电池还没有充到足
够给温振复合检测电路供电的时候，给温振复合检测电路供电，ldo电路的输出电压由电阻r4和r5设置，vldo＝1.005v*(r4/r5+1)，所述u1能量收集模块中的pgood电路用以指示u1能量收集模块的状态，u1能量收集模块中的vout电路输出电压电流，给bt1充电锂电池充电，vout电路输出的电压值由电阻r1和r2设置， vout＝1.005v*(r1/r2+1)，电感l1需要选用低dcr值的功率电感，由于温差发电装置输入到那个能量采集收集装置的电压值相对很低，需要选用较大的电感，可以提高转换效率较低的启动电压。
14.本发明的技术效果和优点：本发明不需要更换电池的长期使用的温振复合检测系统，既能通过温差发电的方式自供电，又能测量设备表面的振动和温度信号，对设备进行在线监测和智能运维，避免传感器在使用过程中需要经常更换电池，增加了成本的问题，本发明本发明不需要更换电池的长期使用的温振复合检测系统，既能通过温差发电的方式自供电，又能测量设备表面的振动和温度信号，对设备进行在线监测和智能运维，避免传感器在使用过程中需要经常更换电池，增加了成本的问题，避免传感器安装的地方，很不方便操作工人对其更换电池，在这些地方进行工作，不但增加操作工人的劳动强度，也会对操作工人的生命安全带来危险，十分危险。
附图说明
15.图1为本发明整体正面剖面结构示意图；
16.图2为本发明整体电路结构示意图；
17.其中1、充电电池；2、无线通讯模块；3、振动检测模块；4、数据处理模块； 5、金属底座；6、固定螺丝；7、温差发电电芯；8、导热板；9、上盖；10、电池盒；11、密封圈；12、散热外壳；13、温度检测模块；14、温度模拟信号传输导线；15、温度检测探头；16、导热胶；17、磁铁安装底座。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.具体实施例一：
20.如图1所示，包括温差发电装置、温振检测装置和散热装置，温差发电装置由磁铁安装底座17、温差发电电芯7、导热板8、导热胶16、金属底座5 组成，磁铁安装底座17用于整个温差自供电温振复合检测系统的安装固定，磁铁安装底座17使用高温磁铁，能在300℃以上正常使用且不影响磁性，保证振动测量精度，温差发电电芯7是由多个串联的pn结夹在两块平行的陶瓷板之间，采用独特的薄膜技术加工制造而成，利用塞贝克效应原理，当两块平行的陶瓷板放置在不同的温度下时，会产生直流电压，输出电压的大小取决于两块平行的陶瓷板之间温差，导热板8用于放置温差发电电芯7，并与磁铁安装底座17紧密连接，让磁铁安装底座17上的热量更好的传递到温差发电电芯7底部，内嵌温度检测探头15，温度检测探头15内嵌到导热板8里面，更接近于被测设备表面，温度测量更加准确，导热胶16用于填充金属底座5 内部除了磁铁安装底座17、温差发电电芯7、导热板8部分的空间，包括温度检测
探头15的温度模拟信号传输导线14，让热量更好的传递到散热装置，将多余的热量尽快的散去，让温差发电电芯7上下陶瓷板之间的温差尽量增大，金属底座5作为整个温差自供电温振复合检测系统的底座，里面放置温差发电装置的温差发电电芯7、导热板8、导热胶16，温振检测装置由温度检测模块13、振动检测模块3、数据处理模块4、无线通讯模块2、自供电模块、充电电池1组成，温度检测模块13由温度检测探头15、温度检测处理电路组成，温度检测探头15为更高精度的测量被测设备表面的温度，嵌入到在温差发电装置的导热板8里面，温度模拟信号通过温度模拟信号传输导线14传输到温度检测处理电路，转换成数字信号，传输到数字处理模块，振动检测模块3由振动检测探头、振动检测处理电路等部分组成，振动检测探头与金属外壳接触部位要水平，并且刚性连接，金属外壳与温差发电装置的金属底座5 刚性连接，温差发电装置内部的磁铁安装底座17、温差发电电芯7、导热板8、导热胶16、金属底座5之间刚性连接，保证振动检测探头与被测设备表面是刚性连接，充电电池1的表面固定连接有电池盒10，电池盒10的表面固定连接有散热外壳12，散热外壳12的上侧设置有上盖9，散热外壳12的内壁设置有密封圈11，金属底座5与导热胶16之间通过固定螺丝6固定连接，本发明不需要更换电池的长期使用的温振复合检测系统，既能通过温差发电的方式自供电，又能测量设备表面的振动和温度信号，对设备进行在线监测和智能运维，避免传感器在使用过程中需要经常更换电池，增加了成本的问题。
21.具体实施例二：
22.如图2所示，振动检测处理电路处理振动检测探头采集到的振动模拟信号，通过抗混叠滤波、模数转换、低通滤波等处理电路，进入数据处理模块4，数据处理电路对振动检测处理电路处理过的振动数字信号进行时域、频域分析，输出加速度峰值、速度有效值、位移峰峰值、包络值、歪度、峭度、裕度、谱方差、谱均值、谱有效值等特征值和时域谱、频域谱、包络谱、轨迹图等振动分析图谱，数据处理电路对温度检测处理电路处理过的温度算法处理，数字处理电路将处理好的振动和温度信号通过无线通讯模块2发送到网络和云平台，无线通讯模块2接收来自数据处理模块4发出的振动和温度的特征值和各种分析波形，上传到网络和云平台，并接受来自网络和云平台的命令，与数据处理模块4进行数据交互，自供电模块接收来自温差发电装置提供的不稳定的电压和电流，转换成稳定的可以给充电锂电池充电的电压和电流，给充电锂电池供电，充电电池1采用锂离子充电电池1，给温度检测模块13、振动检测模块3、数据处理模块4、无线通讯模块2供电，并接收来自自供电模块提供的稳定的电压和电流给自己充电，散热装置采用高导热材料，周围设计成薄片状，增大散热面积，保证整个温差自供电温振复合检测系统牢固的安装到被测设备上，既能让设备表面的热量更好的传导到温差发电电芯7表面，又能保证振动传输的稳定性，保证振动测量精度。
23.具体实施例三：
24.如图2所示，包括分为温差发电装置、能量收集装置和供电装置，温差发电装置主要包括u2温差发电电芯7及其附属电路，u2温差发电电芯7依靠电芯上下两块陶瓷板之间的温差，利用塞贝克效应原理，使陶瓷板之间的pn 结产生直流电压，能量收集装置主要包括u1能量收集模块及其附属电路，由于温差发电电芯7上下陶瓷板温差不稳定的原因，温差发电装置产生的直流电压和电流也不稳定，能量收集装置将不稳定的直流电压和电流收集，并根据需要输出稳定的直流电压和电流c1用于稳定温差发电装置产生的直流电压，c1要尽量靠近u1能量收集模块的vin管脚，连接线要尽量宽且短，r3 用以设置最佳输入电压工作
点，u1能量收集模块中的mppc电路动态调节平均电感电流，以防止输入电压低于mppc阈值，当vin的电压大于mppc的电压时，电感电流增加，知道vin的电压被拉至mppc的电压设定值，当vin的电压小于mppc的电压时，电感电流减小，知道vin的电压上升到mppc的电压设定值vmppc，vmppc＝10ua*r3，u1能量收集模块中的aux电路为启动电路产生的电压电路，u1能量收集模块内部电路供电，直到主输出电路vout达到设定的输出电压值，电容c2放置在aux电路与gnd电路之间，用以稳定aux 电路的电压，u1能量收集模块中的shdn电路用以控制整个能量收集模块的开启与关闭u1能量收集模块中的ldo和fbldo电路提供了一个小功率的稳定电压输出，在vout电路给bt1充电锂电池还没有充到足够给温振复合检测电路供电的时候，给温振复合检测电路供电，ldo电路的输出电压由电阻r4和r5 设置，vldo＝1.005v*(r4/r5+1)，u1能量收集模块中的pgood电路用以指示u1能量收集模块的状态，u1能量收集模块中的vout电路输出电压电流，给bt1充电锂电池充电，vout电路输出的电压值由电阻r1和r2设置，vout＝ 1.005v*(r1/r2+1)，电感l1需要选用低dcr值的功率电感，由于温差发电装置输入到那个能量采集收集装置的电压值相对很低，需要选用较大的电感，可以提高转换效率较低的启动电压。
25.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。